Сибирские ученые совместно с польскими коллегами в экспериментах в мезокосмах изучили взаимодействие аборигенного и инвазионных дождевых червей в промерзающих почвах Западной Сибири. Результаты эксперимента позволят прогнозировать, как будут распространяться инвазивные виды и какое влияние они окажут на местных червей и экосистемы. Результаты исследования опубликованы в специальном выпуске журнала Diversity.

Дождевые черви считаются инженерами экосистем. Они участвуют в процессах агрегации почвы и влияют на круговорот питательных веществ в ней. Эти беспозвоночные создают «инфраструктуру» для жизни множества других видов, определяют глобальный круговорот углерода и других элементов.

Распространение инвазивных видов дождевых червей может привести к каскадным изменениям в экосистемах – ведь они иначе питаются, размножаются, иначе воздействуют на почвы и вступают в конкуренцию с аборигенными видами.

Изучить взаимодействие коренного вида и двух видов инвазивных дождевых червей в Западной Сибири решил коллектив ученых из Научно-исследовательской лаборатории систематики и экологии беспозвоночных Омского государственного педагогического университета совместно с коллегами из Института биологических наук Университета кардинала Стефана Вышинского в Варшаве (Польша) и ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» (Новосибирск).

«На Западно-Сибирской равнине распространен преимущественно один аборигенный вид дождевого червя – Eisenia nordenskioldi. Он занимает все экологические ниши в Сибири, но с появлением конкурентов происходит его вытеснение. Вид Aporrectodea caliginosa – пашенный червь – попал в Сибирь около 100–200 лет назад (возможно, по Транссибирской магистрали). Он проник сюда из Западной Европы, минуя европейскую часть России. По нашим данным, пашенный червь, появившись в Сибири, сначала отмечался только в огородах и на пашнях. В 2021–2022 годах мы проводили исследования в Омской области вдоль Иртыша и обнаружили его практически везде. Он не просто расползся, но вытеснил нативные виды», – рассказывает старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории систематики и экологии беспозвоночных ОмГПУ кандидат биологических наук Елена Васильевна Голованова.

Второй инвазивный вид, интересовавший исследователей, – Lumbricus rubellus, малый красный выползок. Это тот червь, которого продают в рыболовных магазинах. Возможно, его занесли в природные местообитания рыбаки, либо он попал в Западную Сибирь с землей, причем совсем недавно, в последние десятилетия. Lumbricus rubellus распространен по всей России и везде имеет одну генетическую линию. Он встречается в долинах рек, в огородах и на плантациях, не отличается устойчивостью к холоду, но, видимо, меняющийся климат в Сибири уже позволяет ему переносить местные морозы.

Чтобы сравнить, как аборигенный и инвазивные виды дождевых червей взаимодействуют друг с другом и насколько они способны выдерживать зимы Западной Сибири, ученые провели зимне-вегетационные опыты в мезокосмах. Мезокосмы – это полевые экспериментальные системы, позволяющие исследовать природную среду в контролируемых условиях. Эксперимент ставился по методике польских ученых из Института биологических наук Университета кардинала Стефана Вышинского в Варшаве, которые помогали адаптировать эту методику для исследований в условиях Сибири.

Методика заключается в том, что червей помещают в специальные сосуды, в которых полностью воссозданы условия окружающей среды: в них слоями укладывают просеянную почву, повторяющую естественный почвенный профиль, а сверху – сухую подстилку из опавшей листвы. Оттуда убирают всех крупных насекомых, которые могли бы быть хищниками для дождевых червей, а затем вкапывают сосуды в те же самые сообщества, откуда забирали почву.

Летом в качестве сосудов для мезокосмов ученые использовали ведра диаметром 35 см и глубиной 40 см. В зимних условиях – трубы диаметром 25 сантиметров, их вкапывали на глубину 50, 100, 150 и 200 см. Хоть эксперименты и проводились на естественных лугах, для червей имитировали условия опушки, то есть укладывали сверху почвы опавшую листву тополей и берез. Чтобы черви не выползали из сосудов и к ним не проникали хищники, снизу и сверху сосуды закрывали специальной газовой тканью. Поддерживали оптимальную влажность, критичную для выживания подопытных. Летний эксперимент длился с июня по октябрь, зимний – с октября по май.

Всего было восемь вариантов размещения червей: три моноварианта (каждый вид по отдельности) и всевозможные сочетания их друг с другом. Ученых волновали следующие вопросы: каков репродуктивный потенциал инвазивных A. caliginosa и L. rubellus по сравнению с аборигенным E. nordenskioldi? Влияют ли взаимодействия видов на репродуктивную функцию, выживание и вертикальное распространение друг друга? Является ли количество и качество подстилки, характерной для естественных местообитаний, ограничением для распространения инвазивных видов? Могут ли неаборигенные черви переносить промерзание почв при отсутствии дополнительных источников тепла в виде скоплений органического вещества?

«Цель нашего эксперимента, во-первых, понять, кто из этих видов сильнее, кто оставит больше потомства, кто лучше перезимует, а во-вторых, посмотреть, как они влияют друг на друга, может ли это влияние повредить популяции аборигенного вида или, наоборот, не дать инвазивному виду распространиться на территории Западной Сибири», – говорит Елена Голованова.

Результаты показали, что половозрелые особи аборигенного вида E. nordenskioldi демонстрируют лучшую выживаемость – на 24 % выше, чем у L. rubellus, и на 5 % выше, чем у A. caliginosa. А вот максимальное количество молодых особей выявлено у пашенного червя – в 4,2 раза выше, чем у вида E. nordenskioldi. Этот вид также имел преимущество по общей численности в моновидовых вариантах опыта. Инвазивные дождевые черви не оказали существенного влияния на продуктивность аборигенного вида и изменение его биомассы.

«Мы видим, что пашенный червь в настоящее время вообще не имеет ограничений – ни из-за холодной зимы, ни по питанию. Кроме того, когда он встречается с аборигенным дождевым червем, они способствуют увеличению размножения и плотности популяции друг друга. Видимо, конкурируя за пространство и за ресурс, эти виды пытаются оставить больше потомства, но они не вытесняют друг друга, – рассказывает Елена Голованова. – Другой инвазивный вид, малый красный выползок, ограничен количеством еды. В мезокосмы мы помещали именно столько опада, сколько есть в наших лесах (по расчетам на один квадратный метр), и увидели, что L. rubellus очень быстро всё съедает и погибает. Это объясняет, почему он распространен только в очень богатых биотопах, например на приусадебных участках, хорошо удобренных навозом».

По словам исследовательницы, инвазивный пашенный червь, скорее всего, окажет влияние на экосистемы Западной Сибири – какое, еще предстоит выяснить в дальнейших экспериментах.

«Мы опубликовали серию работ, показывающих, что разные дождевые черви по-разному влияют на экосистемы. Каждый вид – это отдельная „машина”, которая по-своему воздействует на ионы в почве, доступные формы питательных веществ, органику и кислотность. Это означает, что смена одного вида другим будет приводить к изменениям в экосистеме», – говорит Елена Голованова.

Поставленный эксперимент – лишь один из серии опытов, призванных исследовать то, как дождевые черви распространяются в Западной Сибири, влияют друг на друга и на окружающую среду. В частности, в этом году будет сниматься многолетний эксперимент, в ходе которого черви в мезокосмах находились на протяжении четырех лет. Ученые надеются, что он в том числе позволит увидеть, как изменятся характеристики почвы.

«Существует две гипотезы. Согласно первой, экосистема компенсирует влияние и вернется к привычным показателям. Вторая говорит о том, что возможны серьезные изменения, вплоть до смен экосистем в тех местах, куда заходят инвазивные виды дождевых червей, – отмечает исследовательница. – Так, в ходе прошлогодней экспедиции мы увидели, что пашенный червь зашел далеко на север, и уже заметно, как изменяются местные биотопы. Появляется много малины, крапивы, папоротник достигает размера выше человеческого роста. Леса стали превращаться в подобие огородов. Пашенный червь хорош для сельского хозяйства, так как дает большое количество органики. А для лесов лишнее удобрение ведет к тому, что меняется растительность и, по сути, все виды в сообществе».

Источник: «Наука в Сибири».
Текст: Диана Хомякова.